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孙长库，胡晓东 编

图书标签:

• 精密测量
• 测量技术
• 测量理论
• 误差分析
• 传感器
• 仪器仪表
• 工程测量
• 数据处理
• 计量学
• 实验技术

出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111514572

版次：1

商品编码：11767708

品牌：机工出版

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十二五”规划教材

开本：16开

出版时间：2015-09-01

用纸：胶版纸

页数：355

内容简介

　　《精密测量理论与技术》包括精密测量理论和精密测量技术两部分。共分14章，1～6章是测量理论部分，主要介绍测量基本概念、测试系统及其特性、测试信号分析与处理方法、误差和测量不确定度等；7～14章是精密测量技术部分，主要介绍长度、角度、力等物理量的常用测量方法、关键技术和工程应用实例。

目录

前言
第一章绪论1
第一节基本概念1
一、测量1
二、测试2
三、计量2
四、计量学3
第二节国际单位制4
一、量、单位、单位制4
二、国际单位制5
三、国际单位制外的单位9
第三节测量标准9
一、米——长度10
二、千克——质量11
三、秒——时间11
四、安培——电流12
五、开尔文——热力学温度12
六、摩尔——物质的量13
七、坎德拉——发光强度13
第四节测量结果的溯源性 14
一、检定15
二、校准18
三、测量结果溯源性的实施19
思考题20
第二章测量系统21
第一节概述21
一、测量系统的组成21
二、测量系统的输出�彩淙胩匦�21
三、测量方法22
四、传感器23
五、信号调理单元23
六、信号分析处理单元24
第二节测量系统的静态特性24
一、测量系统的静态数学模型24
二、测量系统的静态特性指标 25
第三节测量系统的动态特性29
一、测量系统的动态数学模型29
二、测量系统的动态特性指标33
第四节测量系统的标定与校准39
一、测量系统的静态标定39
二、测量系统的动态标定40
思考题42
第三章测量信号43
第一节概述43
一、信号的定义43
二、信号的分类43
三、信号的时域和频域45
四、信号与系统45
第二节确定信号分析46
一、确定信号的时域分析46
二、周期信号的频域分析49
三、非周期信号的频域分析51
四、周期信号的傅里叶变换53
第三节随机信号分析54
一、随机信号的基本概念54
二、随机信号的主要特征参数55
三、随机信号的相关分析56
四、功率谱分析59
五、相干函数61
第四节数字信号处理62
一、数字信号处理系统62
二、采样定理63
三、离散傅里叶变换64
四、快速傅里叶变换65
第五节小波分析66
一、从傅里叶变换到小波变换66
二、基本小波函数67
三、多分辨率分析69
四、小波包分析70
思考题71
第四章测量误差72
第一节概述72
一、测量误差的基本概念72
二、误差的分类74
三、三类误差之间的关系75
第二节粗大误差76
一、粗大误差的产生原因76
二、粗大误差的防止与消除方法77
三、粗大误差的判别准则77
第三节系统误差82
一、系统误差的产生原因82
二、系统误差的特征83
三、系统误差的发现方法84
四、系统误差的减小和消除方法87
第四节随机误差90
一、随机误差的分布规律90
二、随机误差的产生原因93
三、算术平均值93
四、测量的标准差93
五、置信区间——极限误差95
六、方均根误差97
七、不等权测量97
第五节测量数据运算中的有效数字
取舍101
思考题104
第五章测量不确定度105
第一节概述105
一、用测量不确定度评定代替误差
评定的必要性105
二、测量不确定度的发展历史106
三、测量不确定度的基本概念106
第二节测量不确定度评定的步骤110
第三节不确定度评定数学模型的建立111
一、根据测量原理用透明箱模型导出
数学模型112
二、包含黑箱模型的数学模型113
第四节标准不确定度 113
一、输入量估计值的标准不确定度的
A类评定113
二、输入量估计值的标准不确定度的
B类评定118
第五节合成标准不确定度 119
一、线性数学模型的合成标准不确
定度120
二、非线性数学模型的合成标准不
确定度122
第六节扩展不确定度 123
一、被测量可能值的分布的判定124
二、依据被测量分布确定包含因子和
扩展不确定度的计算126
三、自由度的计算129
第七节测量不确定度报告 132
一、合成标准不确定度uc(y)的报告
形式132
二、扩展不确定度的报告形式132
第八节测量不确定度评定的实例 133
一、标称长度50mm量块的校准133
二、金属试件拉伸强度的测量138
思考题139
第六章测量数据处理方法141
第一节线性参数的最小二乘法处理 141
一、最小二乘法原理141
二、利用正规方程求解143
三、标准差计算146
四、不等权测量线性参数最小二乘法
处理的正规方程148
五、非线性参数最小二乘法处理的正规
方程149
第二节回归分析 150
一、回归分析的基本概念150
二、一元线性回归151
三、一元非线性回归157
四、回归曲线方程的效果158
思考题158
第七章长度量的测量160
第一节概述 160
一、米的定义160
二、长度量值传递系统161
三、长度测量的标准量161
四、长度测量的基本原则162
第二节长度尺寸的测量 164
一、直接测量164
二、间接测量173
三、原位测量175
第三节坐标的测量 176
一、坐标测量的方法176
二、坐标测量系统177
三、工程测量实例——轿车白车身三维
尺寸视觉测量系统194
第四节形位误差的测量200
一、直线度误差的测量201
二、圆度误差的测量204
三、同轴度误差的测量206
第五节表面粗糙度的测量207
一、评定的基准及参数207
二、测量的方法及仪器209
第六节微纳尺度的测量212
一、扫描隧道显微镜213
二、原子力显微镜215
思考题221
第八章角度量的测量222
第一节概述 222
一、角度的单位222
二、角度的基准222
三、角度量值传递系统224
第二节角度尺寸的测量 225
一、接触式测量225
二、非接触式测量226
第三节自由度的测量232
一、多自由度的测量232
二、空间姿态的测量234
第四节圆分度误差的测量238
一、圆分度误差的评定指标238
二、圆分度误差的测量方法240
思考题244
第九章速度和加速度的测量246
第一节概述246
第二节速度的测量246
一、线速度的测量246
二、角速度的测量253
三、转速的测量259
第三节加速度的测量261
一、加速度测量的基本原理262
二、基于位移的加速度测量262
三、基于惯性力的加速度测量264
思考题268
第十章力和压力的测量269
第一节概述 269
第二节力和力矩的测量 270
一、力的测量方法270
二、测力仪270
三、称重275
四、力矩的测量279
第三节压力的测量283
一、压力量值的溯源与传递284
二、压力测量仪表284
三、真空的测量289
四、超高压的测量293
思考题294
第十一章机械振动的测试295
第一节概述 295
一、机械振动的危害295
二、机械振动的益处296
三、机械振动测试的内容296
第二节振动的类型及动态特性296
一、振动的类型296
二、振动的动态特性298
第三节机械振动测试系统301
一、振动测试系统的组成301
二、振动激励装置301
三、测振传感器305
第四节振动特性参量的测量305
一、振动参量的测量306
二、动力学参量的测试306
第五节振动测量仪器的检定与校准309
一、校准方法310
二、共振梁校准312
三、冲击校准312
思考题314
第十二章温度的测量316
第一节概述316
一、温度的基本概念316
二、温标316
三、温度的测量方法317
第二节膨胀式温度计318
一、液体膨胀式温度计318
二、固体膨胀式温度计319
三、压力式温度计320
第三节热电偶式温度计320
一、热电效应320
二、热电偶基本定律322
三、热电偶材料与标准化热电偶323
四、热电偶式温度计的结构324
五、热电偶的测温回路324
六、参考端的处理325
第四节电阻式温度计326
一、金属热电阻327
二、半导体热电阻328
第五节热辐射测温329
一、热辐射的物理基础329
二、热辐射测温法332
三、光纤测温法334
思考题336
第十三章流量的测量337
第一节概述337
一、流量的基本概念337
二、流体力学的基本参数和定律337
第二节差压式流量计340
一、测量原理340
二、差压式流量计的组成与分类341
三、节流装置341
第三节容积式流量计343
第四节速度式流量计345
一、涡轮流量计345
二、电磁流量计346
三、超声流量计347
第五节流体阻力式流量计349
一、浮子流量计349
二、靶式流量计350
第六节涡街流量计350
第七节科里奥利质量流量计352
思考题353
参考文献354

前言/序言

　　前言自然界的一切事物都是由一定的“量”组成的，并通过“量”来体现其状态。测量是人类认识世界的一种方法，是按照测量范围、不确定度等方面的要求，通过实验获得并可合理赋予某量一个或多个量值的过程。测量是进行科学研究和生产实践活动的基础，“没有测量，就没有科学”。测量已渗透到人类活动的每个领域，从人们日常生活的衣食住行、工农业生产，到微纳科学与技术、生物医学、航空航天、国防军事等前沿科技和重大工程领域，测量无处不在。
　　虽然测量科学与技术具有古老的历史，但是在历史长河中，其发展是一个相对缓慢的过程。直至20世纪，现代物理学、先进制造、光电子和信息等技术的发展，才推动着测量科学与技术迅猛地发展起来。如今，测量科学与技术已是一门多学科交叉的学科，在任何其他学科中都可以找到测量科学的踪迹，并赋予其新的属性。同时，测量科学与技术的发展也进一步促进了其他学科的发展。
　　本书包括精密测量基础理论和精密测量技术两部分内容。其中，精密测量基础理论主要论述测量的基本原理与方法、测量系统及其特性、测量信号的分析与处理、测量误差与测量不确定度、测量数据的处理方法；精密测量技术主要讲述长度、角度、速度和加速度、力和压力、温度和流量等物理量在工程实践中常用的测量方法、关键技术及典型的测量仪器和系统。
　　本书由天津大学孙长库和胡晓东主编，天津大学王鹏、钟莹、张福民和徐临燕参编。全书共13章，孙长库编写第二、七(第一～五节)、十、十一章；徐临燕编写第七章第六节；胡晓东编写第一、五章；王鹏编写第三、八、九章；张福民编写第四、六章；钟莹编写第十二、十三章。在本书的编写过程中，天津大学叶声华院士和曾周末教授提出了很多宝贵的建议，天津大学邾继贵教授提供了大量翔实的工程测量技术资料，天津大学贾果欣和齐永岳等老师做了非常有益的工作，在此表示诚挚的感谢。
　　由于水平有限，书中难免有疏漏和不足之处，欢迎读者批评指正。
　　作者

《时空曲率与宇宙物质分布》 本书深入探讨了时空曲率与宇宙物质分布之间的深刻联系，为理解宇宙的宏观结构和演化提供了全新的视角。全书分为七章，逻辑严谨，内容丰富，旨在为天体物理学、宇宙学及相关领域的研究者提供一份详实的参考。 第一章 广义相对论基础回顾 本章首先回顾了广义相对论的核心概念，包括等效原理、协变导数、度规张量以及爱因斯坦场方程。我们详细阐述了黎曼几何在描述时空弯曲中的作用，并引入了曲率张量的数学形式及其物理意义。特别地，本章重点解析了曲率张量的不同分量如何对应于引力场的源——物质能量张量，为后续章节的讨论奠定坚实的理论基础。此外，我们还简要介绍了曲率张量的协变导数为零所蕴含的守恒律，以及其在理解引力波传播等现象中的重要性。 第二章 宇宙学原理与宇宙度规 本章将广义相对论的框架应用于描述整个宇宙。我们首先阐述了宇宙学原理，即宇宙在大尺度上是均匀且各向同性的。在此基础上，我们引入了弗里德曼-勒梅特定-罗伯逊-沃克（FLRW）度规，这是描述均匀各向同性宇宙的标准度规。通过对FLRW度规的详细分析，我们推导出了宇宙膨胀的动力学方程（即弗里德曼方程），揭示了宇宙膨胀速率与宇宙中物质能量密度之间的关系。本章还讨论了不同宇宙学模型（如平直宇宙、闭合宇宙和开放宇宙）的度规形式及其对应的几何特征。 第三章 宇宙物质的组成与能量密度 宇宙的物质组成是决定其时空曲率的关键因素。本章系统梳理了当前宇宙学模型所普遍认可的宇宙物质组分，包括普通重子物质、冷暗物质（CDM）以及暗能量。我们详细介绍了各类物质的物理性质、能量密度表达式以及它们在宇宙演化中的作用。对于普通重子物质，我们讨论了其在恒星、星系形成过程中的演化；对于冷暗物质，我们着重阐述了其在引力势阱形成中的主导作用，这对于理解星系和星系团的形成至关重要。最后，我们引入了暗能量的概念，并探讨了其可能的形式（如宇宙学常数）及其对宇宙加速膨胀的影响。 第四章 时空曲率与物质分布的耦合 本章是本书的核心，我们详细研究了时空曲率与物质分布之间的相互作用。通过对爱因斯坦场方程在宇宙学背景下的求解，我们建立了物质能量密度分布与时空曲率张量之间的精确定量关系。我们分析了不同物质组分（重子物质、暗物质、暗能量）如何各自贡献于总体的时空曲率，并阐述了物质密度不均匀性如何导致局部的时空畸变，从而形成引力透镜效应和宇宙网状结构。本章还引入了泊松方程在宇宙学中的应用，揭示了物质密度涨落与引力势涨落之间的联系，以及这种联系如何影响了宇宙结构的形成。 第五章 宇宙大尺度结构的形成与演化 宇宙大尺度结构，如星系、星系团以及超星系团，是物质分布不均匀性的直观体现。本章将理论模型与观测事实相结合，深入探讨了这些结构的形成和演化过程。我们从早期宇宙的微小密度涨落出发，分析了暗物质在其中起到的关键作用，以及它如何通过引力吸积形成引力势阱。随后，我们讨论了普通重子物质如何落入这些势阱，最终形成恒星和星系。本章还详细介绍了宇宙网状结构的形成机制，包括纤维状结构、空洞以及节点，并阐述了这些结构如何反映了时空曲率的宏观分布特征。 第六章 引力透镜效应与时空曲率探测 引力透镜效应是时空曲率对光线路径影响的直接观测证据。本章详细阐述了引力透镜的物理原理，包括强透镜、弱透镜和微透镜现象。我们介绍了如何利用观测到的引力透镜效应来测量前景大质量天体（如星系、星系团）的质量分布，以及这些质量分布如何与局部时空曲率直接关联。本章还探讨了引力透镜作为一种探测暗物质分布和宇宙学参数的强大工具的应用。通过分析大量引力透镜观测数据，我们能够更精确地约束宇宙学模型，并验证理论预言的时空曲率分布。 第七章 宇宙膨胀历史与暗能量的探测 宇宙的膨胀历史是其时空曲率随时间演化的直接反映。本章回顾了多种探测宇宙膨胀历史的方法，包括Ia型超新星、宇宙微波背景辐射（CMB）以及重子声学振荡（BAO）。我们详细分析了这些观测如何被用来约束弗里德曼方程，从而揭示宇宙在不同时期的膨胀速率。特别是，本章重点讨论了暗能量对宇宙加速膨胀的影响，以及如何利用观测数据来测量暗能量的性质（如状态方程）。通过对不同膨胀历史模型的比较，我们能够深入理解宇宙当前的膨胀状态是如何由其物质能量密度分布和时空曲率共同决定的。 本书内容涵盖了从基础的广义相对论到前沿的宇宙学观测，力求为读者提供一个关于时空曲率与宇宙物质分布相互作用的全面而深入的理解。希望本书能激发更多关于宇宙本质的思考与探索。

评分☆☆☆☆☆

我是一名有着多年工程经验的技术人员，一直在寻找一本能够帮助我提升测量技能和理解更深层原理的书籍。《精密测量理论与技术基础》完全符合我的期待，甚至超出了我的预期。书中对各种测量传感器的物理基础、工作机制以及性能限制的分析都非常到位。例如，在讲到电阻式温度传感器时，它不仅介绍了热敏电阻的PN结特性，还深入分析了材料选择、封装工艺对传感器稳定性和精度的影响。此外，本书在数据采集和信号处理的部分也花了大量的篇幅，讲解了滤波器设计、降噪算法、标定方法等关键技术，这对于我优化现有的测量系统非常有帮助。书中提供的公式推导严谨，图表清晰，让我能够反复推敲，真正理解其中的物理内涵。这本书的价值不仅仅在于提供了技术知识，更在于它培养了一种严谨的科学思维方式，让我在面对复杂测量问题时，能够更加游刃有余。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格我非常喜欢，它既有科学研究的严谨性，又不失科普的易懂性。作者在讲解一些深奥的物理概念时，总是能够用非常形象的比喻和生动的例子来辅助理解。我记得在讲到傅里叶变换在信号处理中的应用时，作者并没有直接给出复杂的数学公式，而是通过一个“音乐家分析乐曲”的类比，让我一下子就明白了傅里叶变换是如何将一个复杂的信号分解成一系列简单的正弦波的。这种“化繁为简”的讲解方式，让我能够轻松地掌握那些看似难以理解的技术细节。同时，书中还穿插了一些测量史上的重要事件和人物故事，让我对精密测量技术的发展脉络有了更深刻的认识，感觉阅读过程充满了趣味性。

评分☆☆☆☆☆

这本书绝对是颠覆了我以往对“精密测量”这个概念的认知。一直以来，我总觉得测量就是拿把尺子、用个卡尺，然后记录下数值。但这本书彻底打开了我一个全新的世界。它从最基础的物理原理出发，比如误差的传播、统计分析方法，甚至讲到了光学、电磁学在测量中的应用。我记得有一章详细讲解了各种误差的来源，有系统误差、随机误差，还有什么环境误差、人为误差，分析得真是淋漓尽致。我之前总是把所有“不准”的原因都归结于自己手抖或者仪器不灵敏，这本书让我明白了，原来测量本身就是一个充满不确定性的过程，而我们所要做的，是尽可能地去理解、量化和控制这些不确定性。它不仅仅是教你“怎么测”，更是教你“为什么这么测”，以及“如何让你的测量结果更有说服力”。读这本书，就像是接受了一次严谨的科学思维训练，让我对科学研究的态度都有了很大提升。

评分☆☆☆☆☆

对于任何想要深入了解“测量”这件事的人来说，这本书都是一本不可或缺的入门读物。它不仅仅是枯燥的理论堆砌，而是将理论与实践紧密结合。书中提供了大量的典型测量实例，从宏观世界的长度、角度测量，到微观世界的形貌、表面粗糙度测量，再到动态过程的参数测量，几乎涵盖了所有重要的测量领域。每一个实例都详细介绍了其测量原理、关键技术、仪器选择和注意事项。我特别喜欢它在讲解不同测量方法时，会分析它们的优缺点、适用范围以及潜在的局限性，这让我能够根据实际需求，选择最合适的测量方案。这本书让我明白，精密测量并非一成不变的技艺，而是需要根据具体应用场景进行灵活调整和创新的过程。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和插图设计也值得称赞。大量的精美插图，包括原理示意图、仪器结构图、数据图表等，都清晰地呈现了书中的内容。这些图不仅具有很强的视觉冲击力，更是帮助理解复杂概念的绝佳工具。许多图都经过精心设计，能够准确地传达作者想要表达的物理意义和技术细节。而且，书中对公式的推导过程也清晰明了，每一步都有详细的解释，让我能够轻松地跟随作者的思路。章节之间的过渡自然流畅，整体结构清晰，即使是第一次接触精密测量领域的读者，也能通过这本书快速建立起系统性的知识框架。

评分☆☆☆☆☆

作为一名正在学习相关专业的学生，这本书简直是我的“救命稻草”。我在学校的课程里接触到一些测量技术，但总感觉有些零散，缺乏系统性的理论支撑。这本书正好弥补了这一点。它从测量对象、测量原理、测量方法、测量仪器、误差分析到数据处理，几乎涵盖了精密测量学的全过程。我尤其喜欢它在讲解测量误差时，引入了贝叶斯统计和最大似然估计等高级统计方法，这让我对如何更准确地评估测量结果的可信度有了更深刻的理解。书中还列举了大量的实际应用案例，比如在航空航天、生物医学、半导体制造等领域的精密测量技术，让我看到了理论知识是如何转化为实际生产力的。而且，书中对一些前沿的测量技术，比如量子精密测量、机器学习在测量中的应用也做了初步的介绍，让我对未来的学习方向有了更清晰的规划，感觉自己不再是盲目地摸索。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的惊喜在于它对测量不确定度的处理。我之前一直以为“误差”就是“错误”，是需要完全避免的东西。但这本书让我明白，在精密测量中，我们更关注的是“不确定度”，它是对测量结果可能范围的一种量化描述，而“误差”只是造成不确定度的一个因素。书中详细介绍了如何进行不确定度评定，包括标准不确定度、扩展不确定度的计算方法，以及各种影响因素的分析。它还引用了大量的国际标准和指南，比如ISO的GUM（Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement），这让我了解到在国际上，如何规范地表达测量结果的质量。这本书的严谨性让我对测量结果的信心倍增，也让我认识到，在科学研究和工程应用中，对测量不确定度的准确评估是多么重要。

评分☆☆☆☆☆

这本书在探讨测量方法论方面做得尤为出色。它不仅仅停留在介绍具体的测量仪器和技术，而是从更宏观的层面，对测量过程进行了深入的哲学思考。比如，它讨论了测量与观察的关系，测量是如何影响被测量对象的，以及我们如何才能尽可能地减少这种影响。书中还引入了信息论的观点，将测量视为一种获取信息的过程，并探讨了如何提高测量信息的质量和效率。这让我对“测量”有了全新的认识，不再将其仅仅视为一个记录数值的过程，而是理解为一种主动探索世界、获取知识的重要手段。这种思维方式的转变，对于我进行科学研究和解决实际问题都具有重要的启发意义。

评分☆☆☆☆☆

总而言之，这本书是一部真正意义上的“经典”。它不仅提供了丰富、系统、严谨的精密测量理论知识，更重要的是，它培养了一种科学严谨的思维方式。读完这本书，我感觉自己对“测量”的理解上升到了一个全新的高度，不再仅仅是学会几种测量方法，而是能够理解测量背后的深刻原理，能够批判性地分析测量结果，并且能够根据实际需求，设计和优化测量方案。对于任何有志于在科学、工程、技术领域有所建树的人来说，这本书都是一份宝贵的财富，值得反复阅读和学习。它不仅仅是一本书，更像是一位循循善诱的良师益友，指引我在精密测量领域不断前行。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容深度和广度都超乎我的想象，尤其是在仪器原理的阐述方面。我一直对激光干涉仪的工作原理感到好奇，但网上的资料要么过于碎片化，要么技术门槛太高。《精密测量理论与技术基础》用一种非常循序渐进的方式，从光的干涉基本原理讲起，一步步推导出如何利用干涉效应实现纳米级别的位移测量。书中对各种光学元件的特性、光路设计、信号处理流程都有详细的介绍，甚至还涉及到像斐索干涉仪、迈克尔逊干涉仪等不同类型的干涉仪的结构和优缺点比较。我特别欣赏作者在讲解时，总是能把复杂的物理概念用清晰的图示和生动的比喻来解释，让我这个非物理专业背景的读者也能理解。而且，它还不仅仅局限于光学测量，还涉及到了电磁测量、时间测量、惯性测量等等，让我对精密测量的技术领域有了更全面的认识，感觉自己像是拥有了一把打开精密测量世界大门的钥匙。

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内容很赞，包装也好

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学习中，希望有用，内容翔实

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